¿Por qué la ley de Ohm no funciona para las aspiradoras?

He estado aprendiendo sobre la ley de Ohm y probando la resistencia a través del enchufe de mis electrodomésticos y calculando la corriente.

Por ejemplo, mi tetera tenía 22 ohmios (10,45 amperios) y está protegida por un fusible de 13 A.

Esto tiene sentido, y estoy de acuerdo con eso, pero luego probé la aspiradora que tenía una resistencia de 7.7 ohmios, lo que equivale a 29.8 amperios que seguramente debería quemar el fusible de 13 A, pero no es así. Ahora he probado dos aspiradoras diferentes que tienen la misma pequeña lectura de resistencia en vivo y neutral.

Seguramente este sería un corto directo, pero funciona bien, ¿cambia la resistencia o qué?

Los 7,7 ohmios que midió es la resistencia del devanado del motor. Pero ese no es el único factor que determina su corriente de funcionamiento.

Es posible que su aspiradora se acerque a los 30 A calculados cuando se aplica la potencia instantánea, pero tan pronto como el motor comienza a girar, genera un voltaje que es proporcional a la velocidad (llamado emf) que se opone al voltaje aplicado, disminuyendo el voltaje neto disponible para conducir la corriente a través de los devanados. A medida que aumenta la velocidad del motor, la corriente (y, por lo tanto, el par producido por el motor) disminuye, y la velocidad se estabiliza en el punto donde el par producido por el motor coincide con el par requerido para impulsar la carga a esa velocidad.

Los fusibles no se funden al instante. Pero si tuviera que bloquear el motor para que no pudiera girar, ese fusible no duraría mucho.

Una aspiradora no es una resistencia, y el voltaje de línea de la salida no es CC (corriente continua) . La ley de Ohm se aplica a resistencias y CC. La ley de Ohm no se aplica directamente a su motor conectado a una fuente de CA (corriente alterna) .

Para los motores, debe observar las reglas para corriente alterna e inductores. Son mucho más aplicables a su caso.

La "resistencia" es para circuitos de CC. Si bien la resistencia sigue desempeñando un papel en la CA, también hay otra característica para los circuitos de CA llamada "Reactancia", que efectivamente es solo resistencia a la corriente alterna. La "reactancia" es proporcionada por la inductancia y la capacitancia y los cambios con la frecuencia, según las siguientes fórmulas:

$X_L$$X_C$$f$$L$$C$

Juntos, la resistencia y la reactancia (ya sea inductiva o capacitiva) se convierten en un número complejo de la forma

$R$$j$$\sqrt{-1}$$X$$Z$$Z$$R$

"Entonces, ¿cambia la resistencia o qué?"

La respuesta corta es sí...

La respuesta larga es mucho más compleja, pero no te confundiré con los detalles.

En una cáscara de nuez, su aspiradora tiene bobinas magnéticas. Las bobinas y especialmente los motores son cargas complejas , no simplemente resistivas como su hervidor de agua. Estas cargas son especialmente sensibles a la corriente alterna. Eso produce una "resistencia efectiva" que es MUCHO, MUCHO más grande que la resistencia de CC que mides con tu multímetro.

Y sí, aún no ha preguntado, pero cuando lo enciende por primera vez, el aumento de corriente inicial puede ser GRANDE.

Sin embargo, la resistencia efectiva aumenta muy rápidamente a medida que el motor arranca. El electrodoméstico está diseñado para que la sobretensión sea muy corta, lo suficientemente corta como para que el fusible no tenga tiempo de calentarse y derretirse.

Aunque en algunos países, como la mayoría de América del Norte, puede notar que las luces en el mismo circuito se atenúan brevemente cuando enciende el "aspirador".

Sin embargo, detener el motor PUEDE crear algunas corrientes fuertes. Cuando agarras el borde de esa alfombra con la aspiradora y el motor comienza a quejarse ... apágalo.

Los motores crean un voltaje opuesto a la fuente, Back EMF. Entonces, la ley de Ohm funciona, pero no es solo resistencia y voltaje de fuente en la ecuación.

¿Por qué la ley de Ohm no es válida para las aspiradoras?

$F$$m$$a = F/m$

Todas las leyes, ciertamente todas las leyes físicas , solo funcionan para un entorno particular y bien definido. La ley de Ohm (en su forma más simple, que es lo que supone un multímetro) funciona para resistencias idealizadas . Ocurre que un hervidor de agua se comporta más o menos como una resistencia idealizada, y obviamente las resistencias que usa los circuitos electrónicos también lo hacen. ^‡ Pero a priori, no hay absolutamente ninguna razón para pensar que un componente desconocido desconocido deba obedecer la ley de Ohm, como no hay razón para suponer que las leyes de movimiento planetario de Kepler deberían ser válidas para su hervidor de agua.

Sólo en unos pocos casos, se entera de que una ley que trabaja para algún objeto físico Un resulta también el trabajo para un objeto completamente diferente B . Esas incidencias son los momentos realmente emocionantes en física, como cuando Einstein propuso que la invariancia de Lorentz , que primero se conocía como una propiedad de las leyes de electrodinámica de Maxwell, también es válida para los cuerpos masivos. Que esta predicción injustificada resultó ser cierto es lo que hace un teoría de la relatividad física adecuada teoría , en lugar de sólo una ley - al igual que la ley de Ohm, que es sólo una descripción de lo que, además, resistencias hacen.

^† _{Bien, en un nivel leyes de Newton hacer del trabajo de curso para las resistencias: si se aplica una fuerza a una resistencia que, se va a acelerar muy brevemente hasta que las juntas de soldadura se aplican una contra-fuerza de sujeción de nuevo. Todas las fuerzas juntas, la ley de Newton se cumple nuevamente. Del mismo modo, incluso una aspiradora puede en realidad, en un sentido general, cumplir con la ley de Ohm, si considera las inductancias del motor como impedancias / reactancias adicionales (imaginarias). Esos no son visibles para su multímetro, al igual que las uniones de soldadura que sostienen su resistencia hacia abajo no son visibles para el tipo que lo pesó antes de que lo incluyera en el circuito.}

^‡ _{Incluso eso no es completamente cierto: de hecho, la resistencia depende de la temperatura, que también está influenciada por la corriente; y hay efectos más complicados como el ruido de Johnson . ¡En un sentido suficientemente pedante, las resistencias no obedecen la ley de Ohm!}

La ley de Ohm se puede considerar como una relación exacta cuando se trata de resistencias ideales, o una aproximación cuando se trata de resistencias no ideales o parte de un conjunto general de "leyes" cuando se trata de resistencias más "algo más" o con resistencias que son significativamente afectado por su entorno de alguna manera.

La ley de Ohm siempre se aplica a las cosas a las que debe aplicarse,
es decir, a las resistencias invariantes puras.

Si no funciona para una 'cosa', entonces la cosa no es una resistencia invariante pura.
Puede ser

• una resistencia más inductancia, o
• una resistencia afectada por el voltaje aplicado o
• actual o
• campo eléctrico o
• efectos térmicos o
• ...

En el caso de un motor de aspiradora, "ve" un inductor de campo, más un inductor de rotor, más la resistencia de ambos más algo de resistencia de cableado. La CA aplicada tiende a verse más afectada por la inductancia que por la resistencia.

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Las siguientes declaraciones aparentemente estúpidas y pedantes (que de hecho pueden ser estúpidas y pedantes :-)), todavía explican bien la situación general del mundo real:

• La ley de Ohms funciona para todo.
• Solo se aplica a la parte resistiva.
• Todo tiene una parte resistiva.

• Es MUY grande en algunos casos. Por ejemplo, el Tower Bridge en Londres, Inglaterra, tiene una resistencia que se puede medir desde dos puntos elegidos en cada extremo. Probablemente es inmensamente grande, varía continuamente y no es una medida demasiado útil de nada.

• Cuando la resistencia de un objeto cambia, la ley de Ohm todavía se aplica, pero el resultado varía a medida que cambia la resistencia.

Un motor tiene bobinas y, por lo tanto, posee inductancia. La inductancia siempre trata de oponerse a la causa produciéndola por la fem. El motor también tiene la capacidad de rotar. Por lo tanto, el motor gira en una dirección que se opone al cambio en el campo magnético o en la curva debido a la corriente alterna siempre cambiante.

Por lo tanto, la corriente alterna está obstruida tanto por la fem posterior como por el giro del motor. Por lo tanto, aunque la resistencia es pequeña, la obstrucción al flujo de corriente es alta. Esta es la razón por la que la corriente consumida es muy alta cuando el motor está atascado y mientras está arrancando (inicialmente en reposo, por lo tanto, no hay rotación para bloquear el cambio de corriente).